超短半径水平井技术特点及应用探究
超短半径钻井技术调研报告
第一部分水平井及超短半径水平井钻井技术应用现状1.1国外水平井应用现状及发展趋势最近20多年来，水平井钻井技术已经发展为普遍应用的成熟技术，不仅在海上钻新井开发新油田方面发挥着重大作用，而且在陆上重入老井改造老油田方面也显示出惊人的效果。
水平井钻井技术的迅速发展，同时带动了相关新工具和新技术的发展。
高油价时代促使世界范围内加大油气勘探开发投入，水平井已成为高效开发油气的重要技术支撑。
当今世界各种水平井完成总数已达45000口，分布在69个国家和地区。
美国、加拿大和前苏联是早期钻水平井较多的国家，美国应用水平钻井技术的速度一直很高，每年约钻1000口左右的水平井。
过去的十年中，由于取得了很好的效果，水平井技术在美国、加拿大及俄罗斯等国的应用大幅度增加。
据费舍尔（Fisher）预计，水平井将使美国石油储量增加13.7亿吨，即占原油储量的2%。
加拿大国家能委会计算了阿尔伯达省和萨斯喀彻省大部分碎屑岩和碳酸岩油田储量的增加，估计平均总开采量可增加1%，储量增加9.8%。
1.1.1美国水平井钻井技术应用现状自1990年以来，美国水平井的钻井速度一直高达600-1000口/年。
所钻井大致位于三个层系：得克萨斯州的Austin白垩地层占79%，美国北部与加拿大之间的Bakken页岩地层占5%，科罗拉多和怀俄明洲的里奥布拉瓦层系占2%，其它层系的井大约有14%。
大多数井的开发方案都是以水平井为主的，其中包括钻井、完井、修井等。
美国许多井已投产多年，全部水平井的90%是在碳酸岩地层中钻成的。
水平井岩性的分布与美国的石油资源形成了鲜明的对比，美国仅有20%的油藏为碳酸岩油藏，30%的储量是在碳酸岩地层中。
水平井技术在美国最常见的用途是穿越裂缝和减少水锥。
水平井能穿过地层几百米，井筒与许多裂缝和断块相连通。
水平井还用于水驱、强化采油和避免目的层地表的限制等作业。
美国水平井的平均产量与直井的产量比为3.2，而成本比为2.0。
文10—83井超短半径径向水平井钻井实验
文10—83井超短半径径向水平井钻井实验【摘要】超短半径径向水平井钻井采用连续油管在套管内实现开窗，利用高压水射流进行径向钻进，可在老井油层位置不同井深、方位进行快速钻进，有效改善渗透条件，扩大泄油面积，提高原油采收率。
【关键词】定位定向水平钻进1 前言对于传统射孔工艺沟通油层浅；酸化施工作用半径小，而压裂施工虽能压出较长的裂缝但费用高，且裂缝不易控制。
井眼较远的油层不能有效利用，影响开采效果。
利用超短半径径向水平井钻井在油层内水平钻进，将井眼较远的油层有效使用，达到增产、增注的目的，我厂特引进这项技术在文10-83井试验。
2 文10-83井现状分析及存在的主要问题2.1 基本地质情况文10块油藏为地垒式、封闭型断块构造，地层倾向东南，地层倾角：7-10度。
储层特性以岩屑质长石砂岩为主，粘土含量：9-20%；泥质含量：7-10%；渗透率：118.7毫达西；有效孔隙度：24.5%；含油饱和度：56%；控制地质储量8.3×104t；可采储量：3.6×104t；剩余可采储量：0.54×104t。
2.2 生产情况及历年措施及效果该井在1995年1月18日压裂投产以来，累计产液33689t，目前日产液1.7t，日产油0.9t，含水45.5%。
该井在生产过程中，在1995年1月18日在S3中8-9投产，后进行酸化、补孔、重炮、找堵水和注灰挤堵补孔重炮，效果均不理想。
目前对应水井1口，但该井低产低能，注水不见效。
3 水平定向定位技术及试验情况3.1 定位、定向导向器+油管+Φ73mm油管短节+油管及油管短节至井口，用磁定位+自然伽马测井准确确定导向器的深度，确保导向器的开窗位置；用陀螺仪对导向器的方位进行校正，确保导向器的方位。
3.2 开窗下入割刀+万向轴+马达+加重杆+连续油管。
用喷射液以一定的排量和泵压进行开窗作业。
3.3 径向水力射流钻进下入喷射钻具喷头+喷射软管+连续油管，至开窗位置；进行水力喷射作业施工。
短半径水平井新技术特点和现状
短半径水平井新技术特点和现状短半径水平井是在中长半径水平井技术基础上发展起来的一项钻井新技术，该技术能成倍的提高油井产量和提高采收率，改善井网布置，合理有效的开发各类油藏，不但可以节约钻井及油田开发综合成本，尤其是对难以开发的薄油气层，极大地提高了采收率和经济效益。
一、短半径水平井的特点短半径水平井的定义一般是指造斜井段的造斜率大于1°/m的水平井，即曲率半径小于57.3m，又称大曲率水平井。
短半径水平井具有井眼小、造斜率高、曲率半径和靶前位移短等特点。
短半径水平井的主要特点和优缺点见表1。
二、短半径水平井的发展现状短半径水平井在国外各大公司中，美国贝克•修斯是具有代表性的一家公司。
七十年代中期，美国的Eastman Whipstock公司通过八年的研究试验，研制出了短半径造斜钻井系统，经改进完善，在美国南部一些油田和加拿大北坡的Knparnk油田广泛应用提高产量4倍以上。
1983年以来设在西德的Eastman Christenden公司又作了进一步改进并完型生产，九十年代初期经过一次较大的兼并，将与钻井技术有关的数家服务公司从资金、人才和技术方面进步了择优调整，组建了能从事钻井“一条龙”服务的Baker Hughes Intep公司，在技术研究和工具仪器方面都有很强的竞争能力，近年来已侧钻段半径水平井300余口。
Sperrg-Sum公司在以发展仪器为主的基础上，已能为提供定向井与水平井钻井的全面服务。
该公司短半径水平井技术也处于领先地位，它的无线随钻MWD和ESS电子多点采用了柔性连接方式，广泛用于短半径侧钻水平井。
目前，短半径水平井的最大水平位移和最长水平段已分别达到953m和600m；开窗侧钻点最大井深已达到7751m。
水平段最长的短半径水平井是美国的Mobil Erdgas-Erdoel Gmbh公司在德国钻成的Reitbrook 308井（120.7mm井眼），水平段长600m，水平位移953m。
短半径超短半径水平井技术详解
4、泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而变 化。 在原地应力的三个主应力中，垂直主应力不是中间主应 力的情况下，随着井斜角的增大，地层破裂压力将减小 ，坍塌压力将增大，所以泥浆密度选择范围变小，容易 出现井漏和井塌。 在水平井段，地层破裂压力不变；随着水平井段长的增 长，井内泥浆液柱的激动压力和抽吸压力将增大，也将 导致井漏和井塌。 要求精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起下管柱的
钻柱尺寸的影响：钻柱尺寸大，环空间隙小，相 同排量条件下返速高，有利于携岩。
6、保证固井质量难度大
水平井固井存在的主要问题：
•顺利将套管下入井内问题； •套管在井内的居中及顶替效率问题； •井眼高边的自由水通道问题；
提高注水泥质量措施
使用扶正器使套管居中：在弯曲段和水平段，至 少一根套管一个扶正器，或两根套管三个扶正器 ； 在保证不压裂地层的条件下，使用大排量紊流注 水泥 注水泥过程中，尽量采用上下提放或旋转套管 从循环泥浆转换到注水泥浆，最好不要停泵，尽 量减少井内泥浆的静止时间（触变性问题）； 使用长段隔离液（200m~300m长），充分清除泥
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是中间主应 力
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力相等
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力不相 等
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最小主应力。
地层破裂压力随方位角的变化规律
二、水平井的主要技术问题
1、水平井目标区的设计 2、井眼轨迹控制要求高、难度大 3、管柱受力复杂 4、泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
超短半径水平井讲稿
工艺特点
优点
缺点
造斜率＞1°/m
1、井眼曲线段最短
1、非常规的井下工具
曲率半径＜57.3m
井眼尺寸： ф95.25mm～ф152.4mm
钻井方式：高造斜率马达方 式或转盘钻柔性组合
钻杆：ф73mm
测斜工具：柔性测斜仪或 MWD 地面设备：动力水龙头或顶 部驱动系统
2、中靶准确度高
3、从一口直井可以 钻多口水平分支井
*薄油气层 水平井可大大增加泄油面积，和同一地层的直井相比， 开采指数可提高4~10倍。
*不规则油气藏 （如互不连通的砂体） 用水平井可以连通互不关 联的、或具有一定高低差的油气藏。
*重油或稠油油藏 水平井可发挥重力泄油的优势，提高产量。 *水锥和气锥的油藏 发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造斜，
中原油田钻井工艺研究所也进行了“柔性 钻井技术”的研究，采用特殊斜向器、铰接柔 性钻杆配合铰接马达或转盘钻进行水平钻进，、 下柔性筛管完井。目前已在中原油田和陕北油 田现场试验6口井，其中3口水平段长6m左右 （最长8.05m），曲率半径均小于1m，孔径 116mm。
辽河油田钻井院研制了水力扩孔工具并已 钻了2口试验井，均获高产。
蒸气注入管 MD1,500m
双井连通式水平井
产量比直井提高8倍。
水平井质量和效益的技术关键
合适的油气藏选择 井眼轨迹控制 井壁稳定 油气层保护 固井完井
一、短半径水平井的特点 短半径水平井的定义一般是指造斜井段的造斜率
大于1°/m的水平井，即曲率半径小于57.3m，又 称大（高）曲率水平井。
短半径水平井具有： 1、井眼小 2、造斜率高 3、曲率半径小 4、靶前位移短等特点。
Pneussag公司的铰接马达系统。该系统与 Eastnman christenson公司铰接马达系统 主要不同点在于造斜段总成的结构。它主要由 旋转的内驱动管和不旋转的外铰接管两部分组 成。旋转内驱动管内铠装有胶管，既可在一定 角度内弯曲，又可循环钻井液。不旋转的铰接 外管可单向弯曲一定角度而不发生方位变化， 既可按井眼轨迹弯曲，不可向钻头传递转压。 钻头、近钻头稳定器垫块及单身弯曲铰接接头 稳定器构成决定曲率半径的3个接触点，不配备 弯外壳（或弯接头）。有Φ120.65mm和 Φ171.45mm两种规格，可供Φ177.8mm和 Φ244.5mm套管内侧钻短半径水平井。
超短半径水平井钻井轨迹优化设计及应用
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超短半径侧钻水平井技术在外围油田的应用
１ 问题的提 出
侧 钻水 平 井是 侧钻 井 与 水平 井 的技术 集 成 ， 要 求 井 眼的方 位 、 斜在 侧 钻 点与 入 靶点 之 间 的有 限 井 垂深 内完 成 ， 短 曲率半径 已小 于 ６ ｍ， 最 ０ 超短 半径 侧 钻水 平 井技 术 是钻 井领 域 最新 发 展 技术 之 一 ， 最 其 短 曲 率半 径 达 到 了 ２８ ～ ． ． ３ ｍ，可 以 达到 较 高 的 中 ７ ２ 靶精 度 ， 效 提高砂 岩钻 遇率 。 ０ ８ ２ １ 有 ２ ０ ～ ０ ０年共 试验 完成 １ １口井 ， 取得 了一定 效 果 ， 现 场试 验也 遇到 但
３ 现场应用情况及效果
３年来 共 应用 油水 井 １ １口 ，其 中稠油 井 ２口， 稀 油井 ８口 ， 水井 ｌ口 ３１ 钻 井情 况 ．
已施工 的 １ １口井 中 ．全 部达 到水 平 段 ２ ｍ 的 ０
设 计要 求 ， 平均 水平 段 长度 达 到 ２ ． 平 均 水平 位 ２３ ｍ，
为 ２８ ．ｍ， 成 由垂 向 到径 向 的转 向 ， ． ３２ 完 ７ 目前 ， 中 国石 油大 庆油 田第 九采油 厂试 验造斜 后钻 出的水平
段 最 长 达 到 ２ ｍ。 ３ ２２ 技 术 特 点 ．
井 放 喷及 转 抽 阶段 产液 及产 油上 升 明显 ，平 均 周期
累积增 液 ６ ３ ， 期增 油 １ １。 ０ ｔ周 ５ ｔ 在稀 油井 上共 应用 ８ 口井 ， 钻 初 期 平 均 １ 液 ４７ 、 侧 ３增 ． 日增 油 １ ｔ 目前 ｔ ．， ９ 日增液 １ ｔ １增油 ０Ｉ， ．、 ９ ３ ． 累计增 油 １ ０ ｔ ｔ ９。 ２
超短半径侧 钻水平井技术在外围油 田的应 用
超短半径水平井喷射钻井机理
超短半径水平井喷射钻井机理嘿，朋友们！今天咱来唠唠超短半径水平井喷射钻井机理这档子事儿。
你说这超短半径水平井喷射钻井啊，就好比是在地下挖地道的超级能手！想象一下，它就像个机灵的小老鼠，能在地下快速又巧妙地打出一条通道来。
这其中的关键呢，就是那股喷射的力量。
就跟咱打喷嚏似的，“噗”的一下，带着强大的冲击力，把岩石啥的都给冲开。
可别小看了这股力量，它可是能让钻井变得又快又好的绝招呢！而且啊，这超短半径水平井喷射钻井还有个厉害的地方，就是它特别灵活。
它能在那些复杂的地下环境里游刃有余，不管是遇到硬石头还是软泥巴，它都能搞定。
就好像一个武林高手，啥场面都能应对自如。
它的工作过程也挺有意思。
就像是一场精彩的表演，先是找准位置，然后“嗖”的一下就开始行动啦。
那速度，那效率，真让人惊叹不已！这可不是随随便便就能做到的，得有高超的技术和精准的控制才行。
咱再想想，如果没有这超短半径水平井喷射钻井，那好多事情可就难办了呀！那些地下的宝藏怎么能快速被发现和开采呢？好多工程不就没法顺利进行了嘛！所以说啊，它可真是个大功臣呢！你说它这么厉害，是不是得好好研究研究它的机理呢？只有把它弄明白了，咱才能更好地利用它呀！就好比你有个厉害的工具，你得知道怎么用才能发挥出它最大的作用，对吧？这超短半径水平井喷射钻井机理就是我们打开地下宝藏大门的钥匙呀！咱们得感谢那些研究这个的科学家和工程师们，是他们让这个神奇的技术不断发展和完善。
让我们能享受到它带来的好处。
总之呢，超短半径水平井喷射钻井机理是个特别重要又特别有趣的东西。
它就像一个隐藏在地下的秘密武器，为我们的生活和发展提供了强大的助力。
咱可得好好了解它，利用它，让它为我们创造更多的价值呀！这就是我对超短半径水平井喷射钻井机理的看法，你们觉得呢？。
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超短半径水平井技术特点及应用探究
摘要：超短半径水平井技术具有成本低、周期短、地层污染小等特点，还能大幅度提高油井产量和原油产量。
油田在开发之后，已经进入开发中后期，部分老油田面临着老井改造、薄差油层剩余油挖潜和稳产增产的技术压力：针对这一技术难题，油田通过使用超短半径水平井钻井技术，在老井眼油层中的油层套管内部开窗侧钻，同时使用旋转自封器等工具，解决了薄差油层增产的技术难题，在水平段施工过程中，解决了大曲率造斜段钻进过程中的高摩阻等难题，能够完成了水平段超过16ｍ的长水平段施工，在油层内穿行超过15ｍ，提高了该油层的泄油面积：该项技术为油田薄差油层剩余油挖潜、降本增效、提高采收率提供新技术途径：
关键词：超短半径水平井技术；薄差油层；长水平段施工；技术特点
油田在经过开发之后，已经进入开发中后期，很多区块均属于陆相多油层砂岩油田，目前已进人高含水和特高含水期，剩余油分布零散，整体动用较差，面临着老井改造、薄差油层剩余油挖潜和稳产增产的技术压力。
超短半径水平井剩余油挖潜技术是提高老区油田采收率的技术，具有中靶率高、施工周期短、产量高、钻井成本低等特点。
所以，油田针对这一技术难题，也采用了超短半径水平井技术，解决了薄差油层增产的技术难题，克服了水平段钻进中大曲率造斜段的高摩阻等难题，提高了该油层的泄油面积，为油田薄差油层剩余油挖潜、降本增效、提高采收率提供了一条新的技术途径。
1超短半径水平井钻井技术简介
1.1技术原理
超短半径水平井技术，就是不用打新的井眼，在原井套管内部油层的位置进行开窗作业。
这种技术为了解决常规弯螺杆造斜方式不能实现造斜段高曲率增斜的难题，必须使用柔性钻杆在造斜段和水平段进行钻进。
这种柔性钻具每在油层中钻进5ｍ长的距离后，钻具就能够弯曲成90％而曲率半径只在3.2ｍ，当钻具在完成造斜后，可以继续在水平段钻进一定距离，从而达到剩余油挖潜的目的。
可以采用多功能导向管、筛管、裸眼等不同方式完井来适应不同储层的特点。
1.2技术特点及优势
1.2.1特点
（1）超短半径水平井技术使用的柔性钻杆，当与割缝导向管配合作业时，避免了弯螺杆造斜的方式，实现造斜段高曲率增斜。
（2）割缝导向管进行钻井可实现随钻完井。
（3）使用118ｍｍ直径的钻头可直接在139.7ｍｍ直径套管内，实现曲率半径为3.2ｍ的施工。
（4）可采用割缝导向管完井、裸眼完井、防砂筛管完井等方式满足不同储层的需求。
1.2.2优势
（1）对老区油田剩余油增油效果明显，见效快。
（2）利用老井施工，开窗点在油顶附近，缩短了裸眼进尺，且水平钻进时可不用使用随钻定向仪器，成本低。
（3）可有效避开水层，实现一次性完井，降低作业风险。
（4）施工方便、作业周期短、施工安全高效。
因此，超短半径水平井可以对老区油田进行剩余油挖潜。
2超短半径水平井选井技术
选择超短半径水平井井位需要考虑多方面的因素，包括油藏因素、钻井因素、采油因素、压裂因素等。
2.1油藏要求
油田在经过经过自喷、注水和注聚开采后，老油田已经进入高含水期和特高
含水期，剩余油纵向上集中分布在油层顶部。
在现有开发井网条件下，采油井点
和注水／注聚井点均存在动用差的油层，剩余油相对富集，采用超短半径水平井
开采油层顶部剩余油，可获得较好的经济利润。
可以确定不同井别井点超短半径
水平井的筛选原则。
（1）油井潜力。
油层发育的有效厚度必须在2.5ｍ以上是使用该技术的首要
条件；在油层的顶部发育的稳定泥岩隔层或泥砂互薄层厚度在3ｍ以上；在井点150ｍ范围内无其他采出井点；井点300ｍ范围内注采连通小于等于两向一类连通；单井累积采油达800ｔ以上，含水降幅达到15％以上；潜力层位单井控制地质储
量大于1.3ｘ10、
（2）注水／注聚井潜力。
老井油层的发育厚度在3ｍ以上；在油层的顶部发
育的稳定泥岩隔层或泥砂互薄层厚度在3.2ｍ以上；在井点300ｍ的范围内没有采
出井点射孔，同时采出井点的射孔油层有效厚度在1ｍ以内；老井累计采油达1000ｔ以上，含水降幅达高于20％；潜力层位单井控制地质储量在1.5ｘ104ｔ以上。
2.2其他要求
（1）井筒要求。
预开窗套管尺寸大于等于139.7；可以利用的井段大于同地
区泵挂深度；井口完好，套外无油气水等流体返出。
（2）地面要求。
井场平整，道路畅通，井场上空满足钻机作业所需空间；
井场附近学校、居民等永久设施满足钻井安全距离要求。
3超短半径水平井钻井技术
为了实现油田低产低效井再现高产量，油田自主研发了超短半径水平井钻井
技术配套的工具：能够满足反循环钻井施工条件的旋转自封器、可实现轴向和径
向双重锚定的139.7ｍｍ导向锚系统、可实现117.5ｍｍ井眼机械造斜的多功能导
向管、能自由通过井眼高曲率造斜的高强度柔性钻杆和特制的三牙轮钻头。
利用这些特制的工具能够实现以下功能：①在原井油层内139.7ｍｍ套管内
大角度快速开窗；②在117.5ｍｍ井眼内实现超短半径造斜，在长度仅为5ｍ的
造斜段，井眼曲率为15°？20°／ｍ；③能够在117.5ｍｍ井眼内实现超短半径稳斜，且水平段钻进参数控制合理；④实现117.5＿井眼的全井反循环钻进，最大
程度地保护了油层。
4现场应用情况
超短半径水平井技术目前已经在油田累计应用超过50口井，在A井的应用
最具代表性。
该井完钻井深1130ｍ，139.7ｍｍ油层套管下深1125ｍ，已经开采
25年，产量下降明显，含水率也逐渐增高，为挖潜剩余油，要求在套管内直接开
窗侧钻。
侧钻完钻垂深1030ｍ，造斜井深1027ｍ，造斜段长5ｍ，水平段长20ｍ。
该井施工过程中，首先下人139.7ｍｍ导向描定系统，并下人一体化复式铣锥，先正循环冲洗，然后反循环开窗，完成作业后起出钻具；再下入造斜钻具组合，反循环钻进，实现大区率超短半径造斜段的施工；起出造斜钻具后，下入水
平段钻具组合，完成井深1050ｍ的钻进，达到设计要求，水平段在油层内穿行超
过15ｍ，提高了油层泄油面积，采用防砂筛管进行完井施工，为超短半径水平井的可持续开采以及后期的冲砂等修井作业奠定了良好的完井基础。
5结论
（1）在经过60年的开发之后，油田已进入高含水和特高含水期，剩余油分布零散，整体动用较差，面临着老井改造、薄差油层剩余油挖潜和稳产增产的技术压力。
（2）超短半径水平井钻井技术打破了利用弯螺杆等动力钻具造斜的传统方式，有效增加了原井产量，对油田的剩余油挖潜具有重要的意义。
参考文献：
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